f+h fördern und heben 6/2021

PERSPEKTIVEN 03 04

PERSPEKTIVEN 03 04 Kooperierende FTS nutzen untereinander Peer-to- Peer-Kommunikation über VLC und WiFi für die Kommunikation mit der Infrastruktur Langstrecken-Kommunikation (WiFi) Kurzstrecken-Kommunikation (VLC) WiFi Access Point FTF Das Routing zwischen WiFi und VLC wird mithilfe von SDN implementiert FTS-Flotten- Steuerung Steuerungs-Ebene Nutzer-Ebene Steuerungs- und Nutzer-Ebene Verwaltungs- Software kel von 120° ausgestattet. Dadurch kann das Fahrzeug VLC-Signale in alle Richtungen senden bzw. aus allen Richtungen empfangen. Die Kommunikation ist innerhalb eines Bereichs von 5 m möglich. Eine Signalübertragung findet nur bei einer direkten Sichtverbindung statt. Die Latenz einer Verbindung zwischen FTF wurde gemessen, wobei mehrere Verbindungen in räumlicher Nähe aktiv waren – wie bei einem realen Anwendungsfall. Hierbei kommt es zu keiner gegenseitigen Beeinflussung. Es zeigte sich, dass Umlaufzeiten kleiner 40 ms bei einer Verlässlichkeit von deutlich mehr als 99 Prozent erreicht werden. VLC-ROUTEN AUF GRUNDLAGE DER KOOPERATIVEN AUFGABEN Weil mehrere Kommunikationstechnologien auf dem FTF vorhanden sind, ergeben sich zwei Herausforderungen: die Festlegung der Regeln für die Schnittstellenauswahl und die Verteilung dieser Regeln auf die Netzwerkknoten (FTF). Dabei muss die Anzahl der Wechsel der Kommunikationstechnologien minimiert werden. Ferner sollte VLC grundsätzlich bevorzugt werden, weil dadurch Ressourcen im WLAN frei werden. Bei Tests zeigte sich, dass der erzwungene, nicht geplante Wechsel der Kommunikationstechnologie die Reaktionszeit um den Faktor 10 verschlechtern kann. Aus diesen Gründen ist es von großem Interesse, Routen mit einer langen Lebensdauer auszuwählen. Die Strategie besteht darin, die VLC-Routen auf Grundlage von aktiven kooperativen Aufgaben auszuwählen, um die kooperierenden FTF zu gruppieren. Dadurch entstehen VLC-Cluster. FTF 1 Click Switch Northbound Interface Southbound Interface (OpenFlow) WiFi VLC SDN Controller (Floodight) Fabrik- Netzwerk WiFi VLC FTF 2 Click Switch App 1 App 2 App 1 App 2 PRAKTISCHE MESSUNGEN ZUR LEBENSDAUER DER ROUTEN Mithilfe von empirischen Untersuchungen und Simulationen zeigte sich, dass die Dauer kooperativer Aufgaben im Mittel einhundert Mal länger ist als die Verbindungsdauer in einem Peer-to-Peer- Netzwerk zwischen FTF. Es wird angenommen, dass während der Ausführung einer kooperativen Aufgabe zwischen FTF die VLC-Verbindungen nicht unterbrochen werden, weil die Sichtverbindung zwischen den Fahrzeugen aufgrund der engen Zusammenarbeit nicht abreißt. Während der Sichtverbindung gibt es keinen Paketverlust. In Dauertests ließ sich kein Paketverlust auf VLC-Verbindungen beobachten, bei denen Sender und Empfänger nur geringe Relativbewegungen erfuhren. 12 f+h 2021/06 www.foerdern-und-heben.de

PERSPEKTIVEN VERTEILUNG VON ROUTINGREGELN AN MOBILE CLIENTS Die Verteilung von Routing-Regeln an Clients lässt sich nach verschiedenen Strategien durchführen. Werden diese Regeln dezentralisiert erstellt, ist der Client auch für die Pflege der eigenen Routingtabellen zuständig. Alternativ lässt sich das Routing von einer zentralen Einheit organisieren und planen und die daraus resultierenden Regeln an die Clients verteilen. Bei dieser Lösung basiert die implementierte Strategie auf globalen Informationen. Das Clustering wird dabei mithilfe von SDN implementiert. Eine zentrale SDN-Steuerung gewinnt Informationen zu geplanten Aufgaben aus dem FTS-Flottenmanagementsystem. Diese Informationen werden durch die Steuerung in Routing-Informationen (Flow Table Entries) umgewandelt und an die SDN-Switches (d. h. die FTF) übertragen. Mithilfe des Click-Modular-Routers wurde das beschriebene Verhalten in einer Implementierung nachgewiesen. FAZIT Kooperierende FTF in Industrieumgebungen sind eine wichtige Herausforderung für die Fabrik der Zukunft. Industrielle WiFi- Implementierungen reichen häufig nicht aus, um die Anforderungen hinsichtlich niedriger Latenz und hoher Zuverlässigkeit bei kooperativen Aufgaben zu erfüllen. VLC ist eine Alternative. Ein FTF-Clustering auf Grundlage dieser Kommunikationstechnologie kombiniert die Vorteile beider Schnittstellen. Die vorgeschlagene Architektur wurde mithilfe von SDN implementiert, in dem alle Fahrzeuge Software-Switches enthalten, deren Konfiguration eine zentrale SDN-Steuerung übernimmt. Diese Architektur ermöglicht eine lokale Kommunikation, die den gestellten Anforderungen an die Kooperation entspricht. Autoren: Eike Lyczkowski ist Mitarbeiter des Fachkreises „Funk und Navigation“, Christian Sauer ist Mitarbeiter der Innovationsprojektgruppe für Navigations- und Kommunikationstechnik, beide SEW-Eurodrive, Bruchsal ABKÜRZUNGEN, BEGRIFFE UND DEREN ERLÄUTERUNG ■ D2D (Device-to-Device) communication / Mesh-Netzwerke / Peer-to-Peer (P2P) Kommunikation / Ad-hoc- Netzwerk – direkte Kommunikation zweier Endgeräte ohne Verwendung von Netzwerk-Infrastruktur. ■ Flow Table Entries – Routing-Anweisung in einem SDN-Switch/-Router. ■ ICMP – Das Internet Message Control Protocol dient in erster Linie dazu, Statusnachrichten und Fehlermeldungen in einem Netzwerk zu senden. Eine Anwendung ist der „Ping“, der das Messen von Latenzen ermöglicht. ■ ISM-Bänder (Industrial, Scientific and Medical Band) – Frequenzbereiche, die durch HF-Geräte in Industrie, Wissenschaft und Medizin genutzt werden können. ■ SDN – Software Defined Networks trennen die Daten- und die Control-Ebene des Netzwerks. Das erlaubt ein dynamisches Anpassen der Netzwerkstruktur an veränderliche Bedingungen. ■ uRLLC (ultra Reliable Low Latency Communication) – Anwendungsprofil in 5G-Mobilfunknetzen für zeitkritische Anwendungen mit sehr kurzen Latenzzeiten (1 ms) und hoher Zuverlässigkeit der Datenübertragung. Die Autoren danken Prof. Dr. Wolfgang Kiess von der Hochschule Koblenz für die fachliche Unterstützung während des Projekts. Foto/Grafiken: SEW-Eurodrive www.sew-eurodrive.de/schaufensterfabrik Weitere Infos unter www.fetra.de ROLLER WAGEN KARREN RÄDER & ROLLEN HUBWAGEN